一种电子白板的毛笔书写系统、书写装置和书写方法

摘要

本发明公开了一种电子白板的毛笔书写系统、书写装置和书写方法，涉及电子白板技术领域。本发明包括电子白板、定位系统和书写装置；定位系统包括固定在电子黑板左右两侧的红外超声波接收器和位于电子黑板上方的上位机；写装置顶端并排安装有多个橡胶软柱；中间橡胶软柱的长度最长，橡胶软柱从中间向两侧依次变短，且两侧的橡胶软柱对称分布；橡胶软柱顶端设置有红外超声发生器。本发明通过在书写装置笔尖安装不同长度的橡胶软柱并在橡胶软柱顶端的安装红外超声发生器，书写装置在电子白板书写时，获取笔尖的运动轨迹转换成毛笔笔迹在电子白板上展示，实现了书写装置能够在电子白板上书写毛笔字，提高了上课教学的趣味性。

说明书

技术领域

本发明属于电子白板技术领域，特别是涉及一种电子白板的毛笔书写系统、书写装置和书写方法。

背景技术

电子白板是一种替代传统黑板及粉笔的数字化教学演示设备。电子白板可以完全脱离鼠标和键盘，使用手指或特定的笔在电子白板上实现对计算机文件的编辑、注释及保存等操作，从而给用户带来极大的方便。

现有白板的书写方式主要是电子笔在屏幕上进行书写，书写的笔迹处理有两种方式：

一种是直接展示电子笔的实际书写的笔迹，这种方式的缺点十分明显，老师那电子笔书写次数较少，容易导致笔迹的部首偏旁比例失衡严重，也不容易控制字体大小和字体之间不在一条水平线上，严重时影响学生辨识内容，导致教学质量降低；

另一种是根据老师的书写笔迹直接转换成对应的文字，这种方式解决了文字排版布局的问题，但容易造成文字识别准确率不高，书写时需要反复修改，影响上课进度。

这两种方式都对老师的书写水平要求很好且电子白板的展示字体较为单一，影响学生的上课体验。因此，本申请文件提供一种能够书写毛笔的书写装置和毛笔书法处理方法，让老师学生体验传统书法艺术的魅力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子白板的毛笔书写系统、书写装置和书写方法，通过在书写装置笔尖安装不同长度的橡胶软柱并在橡胶软柱顶端的安装红外超声发生器，书写装置在电子白板书写时，获取笔尖的运动轨迹转换成毛笔笔迹在电子白板上展示，解决了现有的电子白板书写单一、笔迹识别率不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种电子白板的毛笔书写系统，包括电子白板、定位系统和书写装置；所述定位系统包括固定在电子黑板左右两侧的红外超声波接收器和位于电子黑板上方的上位机；两所述红外超声波接收器均为独立实时双通道红外超声波接收器；所述红外超声波接收器用于接收书写装置发出的红外同步信号和超声波信号，完成书写装置笔尖的定位和追踪，并通过无线数据传输协议把书写装置的数据发送至上位机；所述上位机用于接收红外超声波接收器发送的数据，并对书写装置的移动曲线进行笔锋绘制，将绘制后的笔锋曲线发送至电子白板进行展示；所述书写装置为一笔杆；所述笔杆顶端并排安装有多个橡胶软柱；中间所述橡胶软柱的长度最长，橡胶软柱从中间向两侧依次变短，且两侧的橡胶软柱对称分布；所述所述橡胶软柱顶端设置有红外超声发生器；所述橡胶软柱尾端固定有一支撑杆；所述笔杆内安装有一限位板；所述支撑杆的一端穿过限位板置于笔杆内部；所述支撑杆上套设有弹簧；所述弹簧位于橡胶软柱和限位板之间；所述书写装置内包括电源模块和处理器；所述书写装置外侧设置有指示灯；所述书写装置末端设置有电源开关按钮；所述红外超声波接收器与上位机通过数据线连接；所述处理器分别与电源模块、指示灯、电源开关按钮和红外超声发生器电性连接。

优选地，所述红外超声波接收器包括红外信号接收电路、超声波接收电路、低噪声前置放大电路、AGC增益放大电路、整形电路、ARM模块和蓝牙无线通信模块；所述红外信号接收电路通过比较电路与ARM模块连接；所述超声波接收电路、低噪声前置放大电路、AGC增益放大电路、整形电路和ARM模块依次连接；所述ARM模块通过蓝牙无线通信模块与上位机连接；所述低噪声前置放大电路通过峰值检波电路与ARM模块连接。

优选地，所述书写装置还包括设置在书写装置外侧的身份识别模块，所述身份识别模块与处理器连接，且所述身份识别模块选用一指纹识别模块。

优选地，所述红外超声发生器在电源开启的情况下，经指纹识别模块识别教师指纹通过后才会开启，并与电子白板屏幕接触时触发，用于发出红外同步信号和超声波信号。

本发明为一种电子白板的毛笔书写方法，包括如下步骤：

步骤S1：开启擦拭装置的电源模块，身份识别模块采集使用者指纹信息，判断使用者是否是教师；若是，则进入步骤S2；反之不进行任何操作；

步骤S2：笔尖在电子白板屏幕上书写时，红外超声发生器与屏幕接触，发送红外同步信息和超声波信息；

步骤S3：电子白板两侧的红外超声波接收器接收红外超声发生器发送的红外同步信息和超声波信息，并上传至上位机；

步骤S4：上位机根据红外同步信息测得多个红外超声发生器触发时的位置关系；

步骤S5：上位机获取多个红外超声发生器的超声波信息分别到两红外超声波接收器的时延时间；

步骤S6：通过公式计算得出红外超声发生器的坐标，根据坐标得出移动轨迹，并根据红外超声发生器触发的个数判断笔迹宽度；

步骤S7：处理笔迹的笔锋，采用贝塞尔曲线绘制方式，消除绘制曲线的锯齿感；

步骤S8：电子白板根据书写装置处理后的移动轨迹在屏幕上进行展示

优选地，所述步骤S3中，以电子黑板的左下角作为坐标系的原点，建立空间坐标系；根据空间坐标系确定两红外超声波接收器对应的坐标。

优选地，所述述步骤S6中，红外超声发生器的坐标计算公式为：

l

l

式中，一红外超声波接收器的坐标为(c，d),红外超声波测距测得到接触点的距离为l

优选地，所述步骤S7中，处理笔锋时，当擦拭装置在与电子白板接触的过程中，当仅有一个红外超声发生器触发时，表明只有中间橡胶软柱的红外超声发生器与电子白板的屏幕接触，则说明这个阶段是笔迹趋势开始或结尾的阶段；获取该笔迹连续的两个点，计算两个之间的斜率：

式中，k为该两点之间的斜率，两点的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)；

计算出斜率k后，在该笔迹趋势开头的阶段沿斜率进行笔迹加长，且加长的笔迹宽度越来越小。

优选地，所述步骤S7中，消除绘制曲线的锯齿感的具体步骤如下：

步骤S71：根据笔迹取连续的四个坐标点，依次是上一个点A、当前点B、下一个点C和下一个点D；

步骤S72：依次连接点A、B、C、D，获得三条线段AB、BC、CD；

步骤S73：分别取线段AB的中点C1、线段BC的中点C2和线段CD的中点C3；

步骤S74：依次连接点C1、C2、C3，获得两条线段C1C2和C2C3；

步骤S75：分别取线段C1C2的中点D1和线段C2C3的中点D2；

步骤S76：根据偏移的线性关系y＝kx+b，求最终的控制点。

优选地，所述步骤S76中，根据线性关系y＝kx+b计算两个控制点D1和D2的最终控制点cot1和cot2；其中，k为平滑系数，并根据两个控制点和最后的坐标绘制笔迹曲线。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过在书写装置笔尖安装不同长度的橡胶软柱并在橡胶软柱顶端的安装红外超声发生器，书写装置在电子白板书写时，利用红外超声波接收器红外超声发生器的红外和超声信息确定书写装置的移动路径，并根据红外超声发生器触发的数量来确定笔迹的宽度，实现了书写装置能够在电子白板上书写毛笔字，提高了上课教学的趣味性；

(2)本发明通过对书写装置的书写轨迹进行处理，在只有一个红外超声发生器触发时，根据笔迹的趋势增加笔迹长度，并不断减小加长笔迹的宽度，来模仿毛笔笔迹的笔锋，采用贝塞尔曲线绘制方式，消除绘制笔迹的锯齿感，使毛笔的笔迹更加真实。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种电子白板的毛笔书写方法的步骤图；

图2为本发明的一种电子白板的毛笔书写装置的结构示意图；

图3为书写装置的毛笔笔迹效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2所示，本发明为一种电子白板的毛笔书写系统，包括电子白板、定位系统和书写装置1；

定位系统包括固定在电子黑板左右两侧的红外超声波接收器和位于电子黑板上方的上位机；两红外超声波接收器均为独立实时双通道红外超声波接收器；红外超声波接收器用于接收书写装置1发出的红外同步信号和超声波信号，完成书写装置1笔尖的定位和追踪，并通过无线数据传输协议把书写装置1的数据发送至上位机；上位机用于接收红外超声波接收器发送的数据，并对书写装置1的移动曲线进行笔锋绘制，将绘制后的笔锋曲线发送至电子白板进行展示；

书写装置1为一笔杆；笔杆顶端并排安装有多个橡胶软柱2；中间橡胶软柱2的长度最长，橡胶软柱2从中间向两侧依次变短，且两侧的橡胶软柱2对称分布；橡胶软柱2顶端设置有红外超声发生器21；橡胶软柱2尾端固定有一支撑杆22；笔杆内安装有一限位板11；支撑杆22的一端穿过限位板11置于笔杆内部；支撑杆22上套设有弹簧23；弹簧23位于橡胶软柱2和限位板11之间；书写装置1内包括电源模块和处理器；书写装置1外侧设置有指示灯3；书写装置1末端设置有电源开关按钮4；

书写装置1在书写时，笔尖中间的橡胶软柱最先与电子白板接触，根据书写毛笔字的习惯，一个字的书写力度、角度和速度均有不同，所以会导致在使用书写装置书写时，笔尖的红外超声发生器21与电子白板的接触个数也会不断变化，所以笔杆内的弹簧23能够使被按下的橡胶软柱2在弹簧23弹力的作用下回复原状，在橡胶软柱与电子白板屏幕接触的过程中会向下运动，从而压缩弹簧23，因此该书写装置1能够模仿毛笔的书写习惯在电子白板上进行书写。

红外超声波接收器与上位机通过数据线连接；处理器分别与电源模块、指示灯3、电源开关按钮4和红外超声发生器21电性连接。

其中，红外超声波接收器包括红外信号接收电路、超声波接收电路、低噪声前置放大电路、AGC增益放大电路、整形电路、ARM模块和蓝牙无线通信模块；

红外信号接收电路通过比较电路与ARM模块连接；超声波接收电路、低噪声前置放大电路、AGC增益放大电路、整形电路和ARM模块依次连接；ARM模块通过蓝牙无线通信模块与上位机连接；低噪声前置放大电路通过峰值检波电路与ARM模块连接。

其中，书写装置1还包括设置在书写装置1外侧的身份识别模块12，身份识别模块与处理器连接，且身份识别模块选用一指纹识别模块。

其中，红外超声发生器21在电源开启的情况下，经指纹识别模块识别教师指纹通过后才会开启，并与电子白板屏幕接触时触发，用于发出红外同步信号和超声波信号。

请参阅图1所示，本发明为一种电子白板的毛笔书写方法，包括如下步骤：

步骤S1：开启擦拭装置的电源模块，身份识别模块12采集使用者指纹信息，判断使用者是否是教师；若是，则进入步骤S2；反之不进行任何操作；

步骤S2：笔尖在电子白板屏幕上书写时，红外超声发生器21与屏幕接触，发送红外同步信息和超声波信息；

步骤S3：电子白板两侧的红外超声波接收器接收红外超声发生器21发送的红外同步信息和超声波信息，并上传至上位机；

步骤S4：上位机根据红外同步信息测得多个红外超声发生器21触发时的位置关系；

步骤S5：上位机获取多个红外超声发生器21的超声波信息分别到两红外超声波接收器的时延时间；

步骤S6：通过公式计算得出红外超声发生器21的坐标，根据坐标得出移动轨迹，并根据红外超声发生器21触发的个数判断笔迹宽度；

步骤S7：处理笔迹的笔锋，采用贝塞尔曲线绘制方式，消除绘制曲线的锯齿感；

步骤S8：电子白板根据书写装置1处理后的移动轨迹在屏幕上进行展示

其中，步骤S3中，以电子黑板的左下角作为坐标系的原点，建立空间坐标系；根据空间坐标系确定两红外超声波接收器对应的坐标。

其中，述步骤S6中，红外超声发生器21的坐标计算公式为：

l

l

式中，一红外超声波接收器的坐标为(c，d),红外超声波测距测得到接触点的距离为l

其中，步骤S7中，处理笔锋时，当擦拭装置在与电子白板接触的过程中，当仅有一个红外超声发生器21触发时，表明只有中间橡胶软柱2的红外超声发生器21与电子白板的屏幕接触，则说明这个阶段是笔迹趋势开始或结尾的阶段；获取该笔迹连续的两个点，计算两个之间的斜率：

式中，k为该两点之间的斜率，两点的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)；

计算出斜率k后，在该笔迹趋势开头的阶段沿斜率进行笔迹加长，且加长的笔迹宽度越来越小，这样处理的后，在笔迹的每一笔结尾处，都会向后延长一点，同时延长的笔迹宽度越来越小，从而使书写笔迹更像毛笔字体。

由于笔迹的展示是通过对每个像素点进行拼接而成，但像素点都是正方形的小点，所以生成的笔迹如果不进行二次处理，在笔迹的拐弯处容易出现锯齿效果，影响毛笔字的正比美观。

请参阅图3所示，步骤S7中，消除绘制曲线的锯齿感的具体步骤如下：

步骤S71：根据笔迹取连续的四个坐标点，依次是上一个点A、当前点B、下一个点C和下一个点D；

步骤S72：依次连接点A、B、C、D，获得三条线段AB、BC、CD；

步骤S73：分别取线段AB的中点C1、线段BC的中点C2和线段CD的中点C3；

步骤S74：依次连接点C1、C2、C3，获得两条线段C1C2和C2C3；

步骤S75：分别取线段C1C2的中点D1和线段C2C3的中点D2；

步骤S76：根据偏移的线性关系y＝kx+b，求最终的控制点。

其中，步骤S76中，根据线性关系y＝kx+b计算两个控制点D1和D2的最终控制点cot1和cot2；其中，k为平滑系数，并根据两个控制点和最后的坐标绘制笔迹曲线，因此，通过将任意两个相邻的像素点进行连接，取连接线段之间的重点，来使笔迹曲线更加平滑圆润，使锯齿感不明显，同时有笔触和笔锋的效果。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。